CN105807185B - 一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，包括相并联的脉冲高电压产生部分和直流电弧维持部分；脉冲高电压部分与直流电弧维持部分之间通过球间隙和磁开关以及硅堆连接；所述电力电缆高阻故障点低阻化的装置工作时先输出脉冲电压，后输出维持电弧燃烧的直流电流。所述电力电缆高阻故障点低阻化的装置工作时，脉冲高电压先作用于电缆的高阻故障点，电缆的高阻故障点被脉冲高电压击穿电弧放电后，电阻减小接近短路，直流电弧维持部分对高阻故障点提供直流电流维持电弧燃烧直到将其低阻化。本发明在电力电缆不受损伤的情况下，能够实现在十几秒至几十秒时间内将高阻故障点电缆主绝缘局部碳化，将故障点对地电阻低阻化。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，特别涉及一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法。
背景技术
目前广泛使用的XLPE电力电缆发生的单相接地绝缘故障，主要可分为电缆本体故障和电缆头故障。本体故障表现为故障点高电阻型和低电阻型。电力电缆故障点的电阻较低时，一般采用低压脉冲反射法，即在故障电缆任意一端注入低压脉冲，测量该脉冲与其反射波之间的时间间隔，从而粗略得到故障点距离测量端的长度；当电力电缆故障点的电阻较高时，低压脉冲在故障点没有明显的反射，必须首先将故障点的对地电阻设法降到足够小，才能获得用于测量的幅值明显的反射波脉冲。将电力电缆高阻故障点低阻化的原理一般是向故障点注入电流，以使故障点绝缘碳化。
目前将电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法工作效率很低。由于故障点的电阻较高，施加较低电压(例如：10kV)泄漏电流很小，无法在短时间使其碳化。现有设备采用高压脉冲设备，将故障点反复击穿，通过注入脉冲电流使其碳化，该方法通常需要30分钟以上时间才能实现故障点低阻化，效率低，设备寿命短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置，包括相并联的脉冲高电压产生部分和直流电弧维持部分；
所述脉冲高电压产生部分用于单次放电将电力电缆高阻故障点击穿，并使故障点产生电弧；
所述直流电弧维持部分用于在电力电缆高阻故障点击穿后，向电力电缆故障点输出维持故障点电弧燃烧的电流。
进一步的，直流电弧维持部分包括可调恒压/恒流电源、电源保护电路、储能电容器C、硅堆D1和磁开关K；可调恒压/恒流电源通过电源保护电路连接储能电容器C；可调恒压/恒流电源的正极性输出端通过电源保护电路连接硅堆D1的正极性端，硅堆D1的负极性端和磁开关K的一端连接，磁开关K的另一端与脉冲高电压产生部分的高压输出端并联。
进一步的，电源保护电路由限流阻抗Z1、Z2、Z3和反向续流二极管D2组成的T网络构成；限流阻抗Z1的一端作为电源保护电路的端子1；限流阻抗Z1的另一端与限流阻抗Z2的一端连接，限流阻抗Z2的另一端作为电源保护电路的端子2；限流阻抗Z3的一端作为电源保护电路的端子4；限流阻抗Z3的另一端作为电源保护电路的接地端子3；电源保护电路的接地端子3连接反向续流二极管D2的正极，限流阻抗Z1和Z2的共同端连接反向续流二极管D2的负极；
可调恒压/恒流电源的正负极性输出端分别与电源保护电路的端子1和端子4连接；储能电容器C并联于电源保护电路的正极性输出端子2和接地端子3之间；电源保护电路的端子2与硅堆D1的正极性端连接。
进一步的，磁开关K的另一端与脉冲高电压产生部分的高压输出端并联作为整个装置的正极性输出端与电力电缆的三相或单相负载相连。
进一步的，脉冲高电压产生部分包括单次高压脉冲发生器和可调球间隙Q；单次高压脉冲发生器的正极性高压输出端与球间隙一端相连接，球间隙的另一端作为脉冲高电压产生部分的高压输出端与直流电弧维持部分的正极性输出端并联作为整个装置的正极性输出端与电力电缆的三相或单相负载相连。
进一步的，单次高压脉冲发生器的负极性端与电缆外屏蔽和铠装层相连共同接地。
进一步的，所述单次高压脉冲发生器用于输出10～50kV的正极性脉冲高电压。
进一步的，直流电弧维持部分用于输出维持故障点电弧为10至100A的直流电流。
一种电力电缆高阻故障点低阻化的方法，具体包括以下步骤：
1)、可调恒压/恒流电源向储能电容器C充电；
2)、储能电容器C充电完成后，单次高压脉冲发生器接收到触发信号产生正极性脉冲高电压；该脉冲高电压直接作用于可调球间隙并使球间隙击穿；球间隙击穿后，脉冲高电压施加于电力电缆并沿电缆传播；该脉冲高电压遇到电力电缆的高阻故障点使其击穿放电，并在高阻故障点产生电弧；
3)、电力电缆的高阻故障点产生电弧后，直流电弧维持部分和负载形成的回路导通；直流电弧维持部分向电力电缆故障点输出维持故障点电弧燃烧的电流。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置，所述电力电缆高阻故障点低阻化装置包括相并联的脉冲高电压产生部分和直流电弧维持部分。所述装置先输出脉冲高电压，后输出维持电弧燃烧的直流电流。所输出脉冲高电压由可输出正极性脉冲高电压的单次高压脉冲发生器产生。所输出维持电弧燃烧的直流电流由直流电弧维持部分的恒压/恒流电源和储能电容器C提供。
本发明提供的一种电力电缆高阻故障点低阻化的方法，采用所述电力电缆高阻故障点低阻化装置对电缆高阻故障点低阻化处理。所述装置输出的脉冲高电压将电力电缆高阻故障点击穿，并使该故障点产生电弧；电力电缆的高阻故障点放电产生电弧后，电阻很小相当于短路，可调恒压/恒流电源和储能电容器C共同经硅堆D1和磁开关向电力电缆的故障点输出10至100A的直流电流维持故障点电弧燃烧。
所述装置能够对故障点的电弧燃烧持续提供10至100A的直流电流，使得电力电缆的高阻故障点电弧能够维持长时间燃烧，不会熄灭。与传统电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法相比，本发明提供的电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法在电力电缆不受损伤的情况下，能够实现在十几秒至几十秒时间内将高阻故障点电缆主绝缘局部碳化，将故障点对地电阻低阻化。
本发明提供的电力电缆高阻故障点低阻化的装置结构简单、成本小、工作可靠性高。采用所述装置对电力电缆高阻故障点低阻化不仅能够极大缩短低阻化的时间，而且能够提高电力电缆维修效率，降低成本。
设置磁开关和硅堆D1保护了输出的脉冲高电压不被直流电弧维持部分吸收，保证了脉冲高电压能够直接作用于负载，并避免了脉冲高电压对直流电弧维持部分造成破坏。
本发明提供的电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，通过结构参数和电路参数，可以得到不同的脉冲高电压和直流电流，从而充分满足电力电缆高阻故障点绝缘材料碳化对脉冲高电压和直流电流的需求。
本发明提供的电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，对XLPE电力电缆的无故障部分的损伤小。XLPE电力电缆受脉冲高电压作用时间短，不会对电缆产生破坏性损坏；XLPE电力电缆受大电流作用时间长，但所受的电压低，不会对其产生破坏性损坏。本发明电力电缆高阻故障点低阻化装置输出的脉冲高电压、直流电弧维持部分输出的直流电流均可根据需要进行调节。
附图说明
图1是本发明一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置的结构示意图。
图2是本发明一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置的工作示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置，包括相并联的脉冲高电压产生部分和直流电弧维持部分；电力电缆高阻故障点低阻化装置先输出脉冲高电压，后输出维持故障点电弧为10至100A的直流电流。
直流电弧维持部分包括可调恒压/恒流电源、电源保护电路、储能电容器C、硅堆D1和磁开关K。
电源保护电路由限流阻抗Z1、Z2、Z3和反向续流二极管D2组成的T网络构成。限流阻抗Z1的一端作为电源保护电路的端子1；限流阻抗Z1的另一端与限流阻抗Z2的一端连接，限流阻抗Z2的另一端作为电源保护电路的端子2；限流阻抗Z3的一端作为电源保护电路的端子4；限流阻抗Z3的另一端作为电源保护电路的端子3；电源保护电路的端子3连接反向续流二极管D2的正极，限流阻抗Z1和Z2的共同端连接反向续流二极管D2的负极。
可调恒压/恒流电源的正负极性输出端分别与电源保护电路的端子1和端子4连接；储能电容器C并联于电源保护电路的正极性输出端子2和接地端子3之间；电源保护电路的端子2与硅堆D1的正极性端连接，硅堆D1的负极性端和磁开关K的一端连接，磁开关K的另一端与脉冲高电压产生部分的高压输出端并联，作为整个装置的正极性输出端与电力电缆的三相或单相负载相连。
限流阻抗Z1、Z2和Z3在可调恒压/恒流电源对储能电容器C充电和对电力电缆故障点提供直流电流的过程中起到限流的作用，以对电源进行限流保护。
储能电容器C、反向续流二极管D2和限流阻抗Z2组成反向放电回路；当储能电容器C承担反向电压时，限流阻抗Z2限制该电压直接作用于电源，反向续流二极管D2和限流阻抗Z2为该反向电压提供了续流回路。
脉冲高电压产生部分包括单次高压脉冲发生器H.V pulser和可调球间隙Q。单次高压脉冲发生器可输出10～50kV的正极性脉冲高电压。单次高压脉冲发生器的正极性高压输出端与球间隙一端相连接，球间隙的另一端作为脉冲高电压产生部分的高压输出端与直流电弧维持部分的正极性输出端(磁开关K的另一端)并联作为整个装置的正极性输出端与电力电缆的三相或单相负载相连。
电源保护电路的接地端子3和单次高压脉冲发生器的负极性端相连接，作为整个装置的负极性输出端，与电缆外屏蔽和铠装层相连共同接地。
脉冲高电压产生部分与直流电弧维持部分之间通过可调球间隙Q和磁开关K以及硅堆D1连接；装置工作时先输出脉冲电压，后输出维持稳定电弧的直流电流。
请参阅图2所示，本发明一种电力电缆高阻故障点低阻化的方法，包括以下步骤：
1、可调恒压/恒流电源向储能电容器C充电。
2、储能电容器C充电完成后，单次高压脉冲发生器接收到触发信号产生正极性脉冲高电压；该脉冲高电压直接作用于可调球间隙并使球间隙击穿；球间隙击穿后，该脉冲高电压施加于电力电缆并沿电缆传播。该脉冲高电压遇到电力电缆的高阻故障点使其击穿放电，并在高阻故障点产生电弧。
3、电力电缆的高阻故障点产生电弧后，电阻很小相当于短路，直流电弧维持部分和负载形成的回路导通；直流电弧维持部分向电力电缆故障点输出维持故障点电弧燃烧的电流。维持故障点电弧燃烧的电流初始为脉冲电流(单次高压脉冲发生器产生)，经一定时间后变为直流电流(直流电弧维持部分产生)。
本发明采用单次高压脉冲发生器将电力电缆高阻故障点击穿；采用恒压/恒流电源作为装置的电源，使得电力电缆的高阻故障点电弧能够维持长时间燃烧，不会熄灭。所设计装置和方法在电力电缆不受损伤的情况下，能够实现在十几秒至几十秒时间内将高阻故障点电缆主绝缘局部碳化，将故障点对地电阻低阻化。从而有利于之后测量注入高压脉冲与反射波之间的时间间隔，实现故障点定位。
本发明中，电源保护电路用于限制可调恒压/恒流电源的输出电流和保护可调恒压/恒流电源避免受到反向电压的作用。
本发明中，磁开关和硅堆D1用于保护脉冲高电压产生部分输出的脉冲高电压不被直流电弧维持部分吸收，并避免脉冲高电压对直流电弧维持部分中的恒压/恒流电源造成破坏。
本发明中，球间隙用于调节单次高压脉冲发生器的输出电压和保护储能电容器存储能量，避免恒压/恒流电源和储能电容器被单次脉冲发生器短路。
本发明中，电力电缆高阻故障点低阻化装置先输出脉冲高电压，后输出维持故障点电弧为10至100A的直流电流。
本发明通过改变球间隙距离和单次高压脉冲发生器的输出电压来改变施加于电力电缆的脉冲高电压；通过调节可调恒压/恒流电源的输出电压和储能电容器C，实现电力电缆故障点电弧的持续燃烧。
下面给出一些参数变化的实施例。
实施例1：
本实施例为一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，其放电回路示意图如图1所示。在确认10kV的XLPE电力电缆高阻故障后，采用本发明装置和方法对电力电缆高阻故障点低阻化。调节可调恒压/恒流电源充电电压为+100V；调节球间隙和单次高压脉冲发生器输出12kV的正极性脉冲高电压。脉冲高电压沿电缆向前传播，当电力电缆高阻故障点达到击穿电压击穿后，可调恒压/恒流电源向故障点输出10A的直流电流，约10s故障电缆的高阻故障点烧穿，呈现为低阻状态。
实施例2：
本实施例为一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，其放电回路示意图如图1所示。在确认35kV的XLPE电力电缆高阻故障后，采用本发明装置和方法对电力电缆高阻故障点低阻化。调节可调恒压/恒流电源充电电压为+200V；调节球间隙和所述单次高压脉冲发生器输出40kV的正极性脉冲高电压。脉冲高电压沿电缆向前传播，当电力电缆高阻故障点达到击穿电压击穿后，可调恒压/恒流电源向故障点输出20A的直流电流，约20s故障电缆的高阻故障点烧穿，呈现为低阻状态。
实施例3：
本实施例为一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置和方法，其放电回路示意图如图1所示。在确认40kV的XLPE电力电缆高阻故障后，采用本发明装置和方法对电力电缆高阻故障点低阻化。调节可调恒压/恒流电源充电电压为+300V；调节球间隙和所述单次高压脉冲发生器输出50kV的正极性脉冲高电压。脉冲高电压沿电缆向前传播，当电力电缆高阻故障点达到击穿电压击穿后，可调恒压/恒流电源向故障点输出30A的直流电流，约20s故障电缆的高阻故障点烧穿，呈现为低阻状态。
Claims (2)
1.一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置，其特征在于，包括相并联的脉冲高电压产生部分和直流电弧维持部分；
所述脉冲高电压产生部分用于单次放电将电力电缆高阻故障点击穿，并使故障点产生电弧；
所述直流电弧维持部分用于在电力电缆高阻故障点击穿后，向电力电缆故障点输出维持故障点电弧燃烧的电流；
直流电弧维持部分包括可调恒压/恒流电源、电源保护电路、储能电容器C、硅堆D1和磁开关K；可调恒压/恒流电源通过电源保护电路连接储能电容器C；可调恒压/恒流电源的正极性输出端通过电源保护电路连接硅堆D1的正极性端，硅堆D1的负极性端和磁开关K的一端连接，磁开关K的另一端与脉冲高电压产生部分的高压输出端并联；
电源保护电路由限流阻抗Z1、Z2、Z3和反向续流二极管D2组成的T网络构成；限流阻抗Z1的一端作为电源保护电路的端子1；限流阻抗Z1的另一端与限流阻抗Z2的一端连接，限流阻抗Z2的另一端作为电源保护电路的端子2；限流阻抗Z3的一端作为电源保护电路的端子4；限流阻抗Z3的另一端作为电源保护电路的接地端子3；电源保护电路的接地端子3连接反向续流二极管D2的正极，限流阻抗Z1和Z2的共同端连接反向续流二极管D2的负极；
可调恒压/恒流电源的正负极性输出端分别与电源保护电路的端子1和端子4连接；储能电容器C并联于电源保护电路的正极性输出端子2和接地端子3之间；电源保护电路的端子2与硅堆D1的正极性端连接；
磁开关K的另一端与脉冲高电压产生部分的高压输出端并联作为整个装置的正极性输出端与电力电缆的三相或单相负载相连；
脉冲高电压产生部分包括单次高压脉冲发生器和可调球间隙Q；单次高压脉冲发生器的正极性高压输出端与球间隙一端相连接，球间隙的另一端作为脉冲高电压产生部分的高压输出端与直流电弧维持部分的正极性输出端并联作为整个装置的正极性输出端与电力电缆的三相或单相负载相连；
单次高压脉冲发生器的负极性端与电缆外屏蔽和铠装层相连共同接地；
所述单次高压脉冲发生器用于输出10～50kV的正极性脉冲高电压；
直流电弧维持部分用于输出维持故障点电弧为10至100A的直流电流。
2.一种电力电缆高阻故障点低阻化的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种电力电缆高阻故障点低阻化的装置，具体包括以下步骤：
1)、可调恒压/恒流电源向储能电容器C充电；
2)、储能电容器C充电完成后，单次高压脉冲发生器接收到触发信号产生正极性脉冲高电压；该脉冲高电压直接作用于可调球间隙并使球间隙击穿；球间隙击穿后，脉冲高电压施加于电力电缆并沿电缆传播；该脉冲高电压遇到电力电缆的高阻故障点使其击穿放电，并在高阻故障点产生电弧；
3)、电力电缆的高阻故障点产生电弧后，直流电弧维持部分和负载形成的回路导通；直流电弧维持部分向电力电缆故障点输出维持故障点电弧燃烧的电流。
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2016
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